JPS6341993B2 - - Google Patents
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- JPS6341993B2 JPS6341993B2 JP61152864A JP15286486A JPS6341993B2 JP S6341993 B2 JPS6341993 B2 JP S6341993B2 JP 61152864 A JP61152864 A JP 61152864A JP 15286486 A JP15286486 A JP 15286486A JP S6341993 B2 JPS6341993 B2 JP S6341993B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen-containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Description
本発明の背景
本発明はガスを精製するための装置及び方法に
関しそして特に水素ガスを精製するための装置及
び方法に関する。
多くの今日の工業はそれらの製造方法において
99%以上の純度の水素を使用する。二,三の名を
挙げると化学薬品製造者、食品製造業者及びエレ
クトロニクス製造業者は種々の目的のために純粋
な水素を必要とする。
水素を製造するためのたいていの工業的方法は
75%より低い濃度で水素を提供する。天然ガスま
たは軽質炭化水素の接触水蒸気改質、重質炭化水
素原料の部分酸化及び石炭ガス化はすべて希薄な
水素を生ずる。また希薄な水素はしばしば種々の
化学工業で副生成物として手に入れることができ
る。
純粋な水素を得るために小規模の使用者は一般
に費用のかかる電解法を使用するかあるいは商人
から水素を購入する。他方、大規模な使用者はス
クラビング、冷温分離、圧力スウイング吸着また
は膜拡散分離器のような当業界現状の精製技術を
使用する。
従来の電解的タイプの処理において、電気化学
的電解槽中の水を酸化することにより水中に含有
する水素がガス状水素に転換される。他の電解的
方法において、ガス状混合物中に含まれる水素は
パラジウム膜と接触しているイオン形に変換され
る。膜の表面でのイオン状水素は原子状水素に転
換されそして次に原子状水素は膜中を通過する。
アウトプツト末端で原子状水素は分子状水素に転
換されそしてそれにより純粋な水素が製造され
る。
しかしながら上記方法はそれが温度及び硫黄及
び炭化水素化合物のような不純物に感応性である
点で不利である。また膜のインプツト側上の水素
の圧力は常にアウトプツト側上の圧力より高くな
ければならない。パラジウムをベースとする膜は
また吸着及び脱着の繰り返えされたサイクルの後
安定性を失ないやすい。
米国特許第3446674号は原子状水素が発生され
そしてパラジウム膜中を通過されることに同様に
依存している電気化学的転換器を開示している。
さらに特定的には上記米国特許は脱水素触媒を備
えているアノードを使用する転換器を開示してい
る。カソード部材は水素に対して浸透性であるパ
ラジウム膜である。電解質はアノードとカソード
との間に配置されそして電力供給器はアノード及
びカソードに接続されて回路を完成する。
この転換器の操作において炭化水素及び水蒸気
のようなガス状混合物は通されてアノードと接触
しそして脱水素触媒及び電流の影響下反応を受け
て水素イオン及び二酸化炭素を生ずる。水素イオ
ンは触媒から電解質中を通過してカソードパラジ
ウム膜に行き、そこでそれらは電子を受け取つて
原子状水素を形成する。次に原子状水素は膜中を
浸透しそして膜の出口側でのマニホルドでここで
実質的に純粋である分子状水素に形成される。
上記米国特許はまたその発明の転換器のアノー
ドが導電性金属スクリーンを適当な脱水素触媒で
被覆しそしてそのスクリーンを疎水性物質で処理
することにより形成されることができることを開
示している。これに関して、上記米国特許は米国
特許第2928783号に開示された多孔質電極構造の
ようなガスに対して本来浸透性である金属要素を
包含する他の構造がアノードを造るために使用さ
れることができそしてその金属はパラジウム及び
白金のような本来触媒的であることを記載してい
る。
上記米国特許第3446674号に記載された転換器
は水素精製を行なうためにはパラジウムカソード
膜中の原子状水素の浸透に依存している。これは
温度変化及び不純物水準に電解槽を敏感にさせそ
して操作のためにパラジウムを横切る大きな圧力
差を必要とさせる。さらに上記米国特許は水素の
一部分がパラジウム膜のカソード面上に発生され
るだろうことを認めている。これは水素損失及び
封漏れを生ずるだろう。また、パラジウム膜は大
きな電力消費にさせがちな高い水素過電圧を有す
る。最後に、酸媒体中でそして必要とされる操作
温度及び繰り返えされたサイクル下、膜の安定性
はまた疑わしい。したがつて上記米国特許の転換
器は多くの点で不利である。
したがつて本発明の目的は上記欠点を受けない
水素を精製するための装置及び方法を提供するこ
とである。
本発明の別の目的はインプツトガス圧にほぼ等
しいかまたはその圧力より大きいアウトプツトガ
ス圧を提供することができる水素精製装置及び方
法を提供することである。
本発明のなお別の目的は高度に安定であるそし
て増大されたアウトプツト容量を与える水素精製
装置及び方法を提供することである。
本発明の概要
本発明の原理に従えば上記及び他の目的はアノ
ードガス拡散電極、カソード拡散電極、前記アノ
ード電極に隣接する第1チヤネル、前記カソード
電極に隣接する第2チヤネル、電極間にサンドイ
ツチされた酸電解質及び電極を横切る電圧を供給
するための装置を含むアセンブリを含む水素精製
装置の使用により実現される。
本明細書において使用されるものとして用語
“ガス拡散電極”とは分子状水素の通過を可能に
するのに十分な巨視的な細孔を有する電極を意味
する。この要件に会う電極は1ミクロンにほぼ等
しいかまたは1ミクロンより大きい細孔を有す
る。
精製装置のための上記形態を用いてアセンブリ
の第1チヤネルに供給される不純なまたは希薄な
水素はアノードガス拡散電極、電解質及びカソー
ドガス拡散電極を経て分子状水素に転換され、こ
の水素はカソード電極中を通過しそして実質的に
純粋な水素として第2チヤネルに入る。水素が分
子状形でカソード電極中を通過するので上記米国
特許第3446674号の転換器により経験される原子
状形で通過することに伴なう欠点は実質的に排除
される。さらにガス拡散電極は酸電解質中で高度
に安定なので装置は良好な安定性を示す。
本発明の別の面において、複数のアセンブリは
積み重ねの形で配置されそして共通のインプツト
マニホルドはすべての第1チヤネルに不純な水素
を供給しそして共通の第1のアウトプツトマニホ
ルドはすべての第2チヤネルから実質的に純粋な
水素を取り出す。この場合において、第1チヤネ
ルは水素の取り出し後残留するガスを受容する第
2の共通のアウトプツトマニホルドに供給する。
本発明のなお別の面において圧力容器内に積み
重ねを包含させることにより増大された圧力で純
粋な水素が取り出される。
図面の簡単な記載
本発明の上記及び他の特徴及び面は添付図面と
一緒に次の詳細な記載を読むことにより一層明ら
かになるだろう。
第1図は本発明の原理に従つて水素を精製する
ための装置を断面形で示す。
第2図は第1図の装置のために有用なアセンブ
リの部分的に切りはがした図を例示する。
第3図は積み重ねを形成するために同様なアセ
ンブリで配置された第2図のアセンブリを例示す
る。
第4図は圧力容器中に配置された第3図の積み
重ねを示す。
第5図は第1図の装置と同様な装置の直列配置
を例示する。
第6図は第1図の装置の代表的な電流電圧特性
を表わす。
第7図は第1図の装置に適用された電圧と純粋
な水素に転換された水素の画分との間の関係を示
す。
以下図面にもとづき本発明を説明する。
第1図は本発明の原理に従つて水素ガスを精製
するためのアセンブリ1を包含する装置10を示
す。アセンブリ1は隔置されたガス拡散アノード
電極2及びガス拡散カソード電極3を含みそれぞ
れの間に電解質4を受容するための帯域又は空間
を設ける。第2プレート7はカソード電極3に隣
接しそしてアセンブリ1により精製された水素を
受容するための第2チヤネル群7aを形成する。
第1プレート5はアノード電極2に隣接しそして
アセンブリ1へ不純な水素流及び供給物を導入す
るための第1チヤネル群5aを形成する。
装置1はアノード電極2及びカソード電極3を
横切る電圧を供給する源11として示されるDC
電圧源を含む。リード線18は源11の正端子を
アノード電極に接続しそしてリード線19は源の
負端子をカソード電極3に接続する。
電極2及び3の間の電解質4は微細孔セパレー
ターまたは膜内に含有された酸電解質であること
ができるがセパレーター又は膜を用いず直接前記
帯域又は空間に受容させてもよい。酸電解質は例
えば硫酸を使用することができるけれども高温で
の安定性の故に好ましくは燐酸である。酸電解質
を保持するセパレーターは操作環境中で安定であ
る電気絶縁体から形成されなければならない。結
合剤としてテフロンと混合された炭化珪素は熱い
燐酸中で使用するために安定であることが見い出
されそして好ましい材料である。電解質4はまた
固体重合体水素イオン交換膜のような固体重合体
タイプの電解質により提供されることができる。
本発明によればアノード電極2及びカソード電
極3は触媒作用表面を有するガス拡散電極として
形成される。そのような電極は一般的に例えば金
属白金のような金属触媒の少量で接触された例え
ば多孔質炭素のような多孔質の導電性層または基
体を含む。典型的には電極は50〜90パーセントの
多孔度及び0.05〜0.5mg/cm2の金属触媒含有量を
有すべきである。
アセンブリ1は流れ中の他のガスから水素を分
離しそしてそれを第2チヤネル群7aに供給する
選択的な電気化学的作用により第1チヤネル群5
aに供給された不純なまたは希薄な水素流の精製
を提供する。この選択的電気化学的作用は高度に
可逆性の水素酸化―還元反応に基ずいている。特
に下記の方程式及びはアノード電極及びカソ
ード電極それぞれの反応を支配する。
アノード H2(g)……>2H++2e- 〔〕
カソード 2H++2e-……>H2(g) 〔〕
さらに特定的にはアノード電極で不純物流中の
水素は電極中を拡散しそして酸電解質により部分
的に湿潤されている金属触媒と接触される。それ
により水素酸化反応(水素イオンへの分子状水素
の転換)のために必要とされる三相界面が確立さ
れる。適用された電流の存在下にこの反応が起こ
り、そして方程式に従つて水素イオン化されそ
して電解質中に吸収される。
溶液中の水素イオンは次に適用された電界の影
響下カソード電極3に運ばれる。カソード表面で
方程式に従つて水素イオンは外部回路から供給
された電子により還元されて分子状水素を生成す
る。次にこの分子状水素はカソードの細孔中を拡
散しそしてアセンブリ1からの供給のために第2
チヤネル群7aに入る。
必要とされるほんの小さな電位は実質的な割合
でおこる水素酸化還元反応のために源11により
供給される。不純な水素流中に通常存在する希釈
剤または不純物ガスはそのような低い適用電位で
酸化還元反応を受けることが出来ないのでアセン
ブリ1は水素の移動に対して高度に選択的であ
る。したがつてカソード電極3で製造されそして
第2チヤネル群7aに供給された得られた分子状
水素は非常に高い純度の水素である。
一定量の精製された水素を生成するためにアセ
ンブリ1において消費される電気エネルギーの量
はアセンブリにより示された電気抵抗に、大きな
程度まで左右されることに注目されるべきであ
る。この事実はアセンブリのための薄い大きな面
積の構成要素の使用を有利とする。この目的のた
めに第2図はプレート5及び7としてみぞのつい
た接触プレートから形成されたアセンブリ1を示
す。これらのプレートは薄い多孔質のアノード電
極2及びカソード電極3(これらの間で、電解質
で満たされた薄い多孔質の膜4′がサンドイツチ
されている)を支持する。
第2図において示される場合において第1プレ
ート5における第1チヤネル群5aはインプツト
末端及びアウトプツト末端が開いている第1チヤ
ネル5a′よりなる。チヤネルの開放インプツト末
端は不純な水素ガスを受けとりそして開放アウト
プツト末端は不純なガス及び第2チヤネル群7a
に移されなかつたすべての水素を排出する。第2
チヤネル群7aはチヤネル5a′に対して横方向で
ある第2チヤネル7a′よりなる。チヤネル7a′は
一方の末端で閉じられておりそしてアセンブリ1
からの純粋な水素の供給のためにそれらの反対側
の末端で開放している。
第2図及び第3図に認められるようにそして示
されるように、プレート5及び7、電極2及び3
そして電解質膜4′は繰り返えされてアセンブリ
の積み重ね31を形成することができる。この場
合それらの第1チヤネルの解放インプツト及び解
放アウトプツト末端をそれぞれならべるように、
又、それらの第2チヤネルの解放アウトプツト末
端をならべるように積み重ねる。示される場合に
おいて、単一のプレートはその上部表面及び低部
表面でチヤネル5a′及び7a′の横切るセツトを経
て1つのアセンブリのプレート5及び次に連続す
るアセンブリのプレート7として機能を果す。
そのようなアセンブリの積み重ねにおいて共通
の第1のインプツトマニホルド32は入口ポート
33から不純な水素を受けとりそしてそれをアセ
ンブリのチヤネル5a′のインプツト末端に供給す
る。精製された水素はこれはチヤネル7a′の開放
末端を経てアセンブリを出てそして出口ポート3
5を有する共通の第1のアウトプツトマニホルド
34中に集められる。第2の共通のアウトプツト
マニホルド36は不純な且つ移動されなかつた水
素を受けとりそしてこれらのガスはその出口ポー
ト37を経てマニホルドを出る。
第3図に示される積み重ねにおいてアセンブリ
1は頂部及び底部の平らな圧縮プレート38及び
39の間で圧縮される。プレート38及び39は
これらはボルト43及び固定棒44により一緒に
保持されているクロス部材41,42により固定
される。クロス部材はプレート38及び39上の
パツド45により支持される。端子46及び47
(図示せず)は積み重ねのアセンブリを横切る電
圧源電位の適用を可能にする。
本発明の別の面において、アセンブリ1により
提供された精製水素ガスは不純な水素供給物流の
圧力より高い圧力で加圧されてもよい。このこと
は圧力容器中にアセンブリを置きそしてより高い
圧力で純粋な水素ガスを集めることにより達成さ
れることができる。
第4図はねじくぎ53により主要本体セクシヨ
ン54に接続されたベル形の端のセクシヨン51
及び52から形成されたそのような圧力容器に配
置された第3図の積み重ねを示す。セクシヨン5
4中の開口55及び56は積み重ね31のマニホ
ルド32及び36のポート33及び37の通路を
可能にする。第3図において示されたような積み
重ねのマニホルド34は除去されそして精製され
た水素は容器の内部に直接入りそしてそこに集め
られることが可能にされる。
圧力調整器61は容器の出口ポート57におい
て配置される。調整器61は容器を出る精製水素
の圧力をコントロールしそして精製されたガスの
ために所望される圧力に調整することができる。
精製ガスが上昇されることが出来る圧力はアセ
ンブリの電極間に保持されるべきアセンブリ1の
各々における電解質の能力により左右される。も
つとも高い圧力が所望される場合、固体重合体電
解質が使用されるべきである。しかしながら硫酸
または燐酸のような液体電解質が使用されるべき
である場合超微細な炭素粒子の層で増大された上
記炭化珪素膜が使用されることができる。この場
合において、超微細な炭素の層は非常に小さい細
孔直径を有する膜構造を提供しそして結果として
その構造は毛細管力により電解質の強い保持を与
える。
本発明を用いて、精製水素は水素の可逆性圧縮
に必要とされるエネルギーの消費で不純な供給物
流単独の圧力より高い圧力で製造されることがで
きる。温度Tで水素のn×0.45359Kgモル(nポ
ンドモル)の可逆性分離に必要とされるエネルギ
ーの量は式
W=(2.3RT)nlog10(P2/P1) 〔〕
(式中、P2は供給圧力でありP1は供給物の圧
力でありRはガス定数である)
により与えられる。150℃の温度で20%の水素を
含有する供給物ガスから水素を分離するための可
逆性仕事量は方程式から計算されることができ
そして1及び20気圧の不純な水素圧及び精製水素
圧について下に提供される。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to apparatus and methods for purifying gases, and more particularly to apparatus and methods for purifying hydrogen gas. Many of today's industries are
Use hydrogen with a purity of 99% or higher. Chemical manufacturers, food manufacturers, and electronics manufacturers, to name a few, require pure hydrogen for a variety of purposes. Most industrial methods for producing hydrogen are
Provides hydrogen at concentrations lower than 75%. Catalytic steam reforming of natural gas or light hydrocarbons, partial oxidation of heavy hydrocarbon feedstocks, and coal gasification all produce dilute hydrogen. Dilute hydrogen is also often available as a by-product in various chemical industries. To obtain pure hydrogen, small-scale users generally use expensive electrolysis methods or purchase hydrogen from commercial vendors. On the other hand, large scale users use state of the art purification techniques such as scrubbing, cold separation, pressure swing adsorption or membrane diffusion separators. In conventional electrolytic type processes, the hydrogen contained in the water is converted to gaseous hydrogen by oxidizing the water in an electrochemical cell. In other electrolytic methods, hydrogen contained in a gaseous mixture is converted to ionic form in contact with a palladium membrane. The ionic hydrogen at the surface of the membrane is converted to atomic hydrogen and the atomic hydrogen then passes through the membrane.
At the output end, atomic hydrogen is converted to molecular hydrogen and pure hydrogen is thereby produced. However, the above method is disadvantageous in that it is sensitive to temperature and impurities such as sulfur and hydrocarbon compounds. Also, the hydrogen pressure on the input side of the membrane must always be higher than the pressure on the output side. Palladium-based membranes are also susceptible to loss of stability after repeated cycles of adsorption and desorption. US Pat. No. 3,446,674 discloses an electrochemical converter that similarly relies on atomic hydrogen being generated and passed through a palladium membrane.
More specifically, the US patent discloses a converter that uses an anode equipped with a dehydrogenation catalyst. The cathode member is a palladium membrane that is permeable to hydrogen. An electrolyte is placed between the anode and cathode and a power supply is connected to the anode and cathode to complete the circuit. In operation of this converter, a gaseous mixture such as hydrocarbons and water vapor is passed into contact with the anode and undergoes a reaction under the influence of a dehydrogenation catalyst and electric current to produce hydrogen ions and carbon dioxide. Hydrogen ions pass from the catalyst through the electrolyte to the cathode palladium membrane, where they receive electrons and form atomic hydrogen. The atomic hydrogen then permeates through the membrane and is formed into substantially pure molecular hydrogen at the manifold on the exit side of the membrane. The above US patent also discloses that the anode of the converter of the invention can be formed by coating a conductive metal screen with a suitable dehydrogenation catalyst and treating the screen with a hydrophobic material. In this regard, the above-mentioned U.S. patent discloses that other structures containing metallic elements that are inherently permeable to gas may be used to create the anode, such as the porous electrode structure disclosed in U.S. Pat. No. 2,928,783. and that the metals are catalytic in nature, such as palladium and platinum. The converter described in US Pat. No. 3,446,674 relies on the permeation of atomic hydrogen through a palladium cathode membrane to effect hydrogen purification. This makes the electrolyzer sensitive to temperature changes and impurity levels and requires large pressure differentials across the palladium for operation. Additionally, the above patent recognizes that a portion of the hydrogen will be generated on the cathode side of the palladium membrane. This will result in hydrogen loss and seal leakage. Also, palladium membranes have a high hydrogen overvoltage which tends to result in high power consumption. Finally, the stability of the membrane in acid media and under the required operating temperatures and repeated cycling is also questionable. The converter of the above patent is therefore disadvantageous in a number of respects. It is therefore an object of the present invention to provide a device and a method for purifying hydrogen which does not suffer from the above-mentioned disadvantages. Another object of the present invention is to provide a hydrogen purification system and method capable of providing an output gas pressure approximately equal to or greater than the input gas pressure. Yet another object of the present invention is to provide a hydrogen purification system and method that is highly stable and provides increased output capacity. SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the principles of the present invention, the present invention provides an anode gas diffusion electrode, a cathode diffusion electrode, a first channel adjacent the anode electrode, a second channel adjacent the cathode electrode, and a sandwich channel between the electrodes. This is accomplished by the use of a hydrogen purification device that includes an assembly that includes an acid electrolyte and a device for supplying a voltage across the electrodes. As used herein, the term "gas diffusion electrode" means an electrode that has macroscopic pores sufficient to allow the passage of molecular hydrogen. Electrodes meeting this requirement have pores approximately equal to or larger than 1 micron. Using the above configuration for a purification device, the impure or dilute hydrogen supplied to the first channel of the assembly is converted to molecular hydrogen via the anode gas diffusion electrode, the electrolyte and the cathode gas diffusion electrode, and this hydrogen is transferred to the cathode gas diffusion electrode. It passes through the electrode and enters the second channel as substantially pure hydrogen. Because hydrogen passes through the cathode electrode in molecular form, the disadvantages associated with passing in atomic form experienced by the converter of US Pat. No. 3,446,674 are substantially eliminated. Furthermore, the device exhibits good stability since the gas diffusion electrode is highly stable in acid electrolytes. In another aspect of the invention, the plurality of assemblies are arranged in a stack and a common input manifold supplies impure hydrogen to all first channels and a common first output manifold supplies impure hydrogen to all first channels. Substantially pure hydrogen is extracted from two channels. In this case, the first channel feeds a second common output manifold that receives the gas remaining after hydrogen removal. In yet another aspect of the invention, pure hydrogen is removed at increased pressure by including the stack within the pressure vessel. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS These and other features and aspects of the invention will become more apparent from the following detailed description read in conjunction with the accompanying drawings. FIG. 1 depicts in cross-section an apparatus for purifying hydrogen in accordance with the principles of the present invention. FIG. 2 illustrates a partially cut-away view of an assembly useful for the apparatus of FIG. FIG. 3 illustrates the assembly of FIG. 2 arranged in a similar assembly to form a stack. FIG. 4 shows the stack of FIG. 3 placed in a pressure vessel. FIG. 5 illustrates a series arrangement of devices similar to that of FIG. FIG. 6 shows typical current-voltage characteristics of the device of FIG. FIG. 7 shows the relationship between the voltage applied to the apparatus of FIG. 1 and the fraction of hydrogen converted to pure hydrogen. The present invention will be explained below based on the drawings. FIG. 1 shows an apparatus 10 including an assembly 1 for purifying hydrogen gas in accordance with the principles of the present invention. The assembly 1 includes spaced apart gas diffusion anode electrodes 2 and gas diffusion cathode electrodes 3 with a zone or space therebetween for receiving an electrolyte 4 . The second plate 7 is adjacent to the cathode electrode 3 and forms a second set of channels 7a for receiving the hydrogen purified by the assembly 1.
The first plate 5 is adjacent to the anode electrode 2 and forms a first set of channels 5a for introducing impure hydrogen flow and feed into the assembly 1. The device 1 is a DC source shown as a source 11 providing a voltage across an anode electrode 2 and a cathode electrode 3.
Contains voltage source. Lead wire 18 connects the positive terminal of source 11 to the anode electrode and lead wire 19 connects the negative terminal of the source to cathode electrode 3. The electrolyte 4 between the electrodes 2 and 3 can be an acid electrolyte contained within a microporous separator or membrane, but may also be received directly in the zone or space without a separator or membrane. The acid electrolyte is preferably phosphoric acid because of its stability at high temperatures, although sulfuric acid can be used, for example. The separator that holds the acid electrolyte must be formed from an electrical insulator that is stable in the operating environment. Silicon carbide mixed with Teflon as a binder has been found to be stable for use in hot phosphoric acid and is a preferred material. The electrolyte 4 can also be provided by a solid polymer type electrolyte, such as a solid polymer hydrogen ion exchange membrane. According to the invention, the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 are formed as gas diffusion electrodes with a catalytically active surface. Such electrodes generally include a porous conductive layer or substrate, such as porous carbon, contacted with a small amount of a metal catalyst, such as metallic platinum. Typically the electrode should have a porosity of 50-90 percent and a metal catalyst content of 0.05-0.5 mg/ cm2 . The assembly 1 separates hydrogen from other gases in the stream and supplies it to the second channel group 7a by selective electrochemical action.
provides purification of an impure or dilute hydrogen stream fed to a. This selective electrochemical action is based on a highly reversible hydrogen oxidation-reduction reaction. In particular, the following equations and equations govern the reactions at the anode and cathode electrodes, respectively. Anode H 2 (g)...>2H + +2e - [] Cathode 2H + +2e - ...>H 2 (g) [] More specifically, at the anode electrode, hydrogen in the impurity stream diffuses through the electrode and A metal catalyst is contacted which is partially wetted by an acid electrolyte. The three-phase interface required for the hydrogen oxidation reaction (conversion of molecular hydrogen into hydrogen ions) is thereby established. This reaction takes place in the presence of an applied electric current and hydrogen is ionized and absorbed into the electrolyte according to the equation. The hydrogen ions in the solution are then transported to the cathode electrode 3 under the influence of an applied electric field. At the cathode surface, hydrogen ions are reduced by electrons supplied from an external circuit according to an equation to produce molecular hydrogen. This molecular hydrogen then diffuses into the pores of the cathode and enters the second
It enters channel group 7a. The only small electrical potential required is provided by source 11 due to the hydrogen redox reactions occurring at a substantial rate. Assembly 1 is highly selective for hydrogen transfer since diluent or impurity gases normally present in impure hydrogen streams cannot undergo redox reactions at such low applied potentials. The resulting molecular hydrogen produced at the cathode electrode 3 and supplied to the second channel group 7a is therefore hydrogen of very high purity. It should be noted that the amount of electrical energy consumed in the assembly 1 to produce a given amount of purified hydrogen depends to a large extent on the electrical resistance exhibited by the assembly. This fact favors the use of thin large area components for assembly. For this purpose, FIG. 2 shows an assembly 1 formed from grooved contact plates as plates 5 and 7. These plates support thin porous anode electrodes 2 and cathode electrodes 3 between which a thin porous membrane 4' filled with electrolyte is sandwiched. In the case shown in FIG. 2, the first channel group 5a in the first plate 5 consists of a first channel 5a' which is open at its input and output ends. The open input ends of the channels receive impure hydrogen gas and the open output ends receive the impure gas and the second channel group 7a.
Evacuate all hydrogen not transferred to the tank. Second
Channel group 7a consists of a second channel 7a' which is transverse to channel 5a'. Channel 7a' is closed at one end and assembly 1
are open at their opposite ends for the supply of pure hydrogen from the As can be seen and shown in FIGS. 2 and 3, plates 5 and 7, electrodes 2 and 3
The electrolyte membrane 4' can then be repeated to form a stack 31 of assemblies. In this case, so that the release input and release output ends of those first channels are lined up, respectively,
Also, stack the released output ends of these second channels side by side. In the case shown, a single plate serves as plate 5 of one assembly and plate 7 of the next successive assembly via a transverse set of channels 5a' and 7a' on its upper and lower surfaces. A first input manifold 32, common in a stack of such assemblies, receives impure hydrogen from an inlet port 33 and supplies it to the input end of the channel 5a' of the assembly. The purified hydrogen exits the assembly via the open end of channel 7a' and exits port 3.
5 into a common first output manifold 34. A second common output manifold 36 receives impure and untransferred hydrogen and these gases exit the manifold via its outlet port 37. In the stack shown in FIG. 3, the assembly 1 is compressed between top and bottom flat compression plates 38 and 39. Plates 38 and 39 are secured by cross members 41, 42 which are held together by bolts 43 and securing rods 44. The cross members are supported by pads 45 on plates 38 and 39. terminals 46 and 47
(not shown) allows application of a voltage source potential across the stack assembly. In another aspect of the invention, the purified hydrogen gas provided by assembly 1 may be pressurized at a higher pressure than the pressure of the impure hydrogen feed stream. This can be accomplished by placing the assembly in a pressure vessel and collecting pure hydrogen gas at higher pressure. FIG. 4 shows the bell-shaped end section 51 connected to the main body section 54 by screw nails 53.
and 52 shows the stack of FIG. 3 placed in such a pressure vessel formed from. section 5
Openings 55 and 56 in 4 allow passage of ports 33 and 37 of manifolds 32 and 36 of stack 31. The stacked manifold 34 as shown in FIG. 3 is removed and the purified hydrogen is allowed to enter and be collected directly inside the vessel. A pressure regulator 61 is located at the outlet port 57 of the container. Regulator 61 controls the pressure of the purified hydrogen leaving the vessel and can be adjusted to the desired pressure for the purified gas. The pressure at which the purified gas can be raised depends on the capacity of the electrolyte in each of the assemblies 1 to be maintained between the electrodes of the assemblies. If even higher pressures are desired, solid polymer electrolytes should be used. However, if a liquid electrolyte such as sulfuric or phosphoric acid is to be used, the silicon carbide membrane described above augmented with a layer of ultrafine carbon particles can be used. In this case, the ultrafine carbon layer provides a membrane structure with very small pore diameters and as a result the structure provides strong retention of the electrolyte due to capillary forces. Using the present invention, purified hydrogen can be produced at pressures higher than the pressure of the impure feed stream alone at the expense of energy required for reversible compression of hydrogen. The amount of energy required for the reversible separation of n x 0.45359 kg moles (n pound moles) of hydrogen at temperature T is given by the formula W = (2.3RT) nlog 10 (P 2 /P 1 ) [] (where P 2 is the feed pressure, P 1 is the feed pressure and R is the gas constant). The reversible work to separate hydrogen from a feed gas containing 20% hydrogen at a temperature of 150 °C can be calculated from the equation and for impure and purified hydrogen pressures of 1 and 20 atm. Provided below.
【表】【table】
【表】
上記表を用いて1〜20気圧の水素ガスの可逆性
圧縮のために必要とされるエネルギーは9.987×
103Btu/1Kg―モル(4.53×103Btu/ポンドモ
ル)であると測定された。したがつてアセンブリ
1を用いてほんのその量のエネルギーが1気圧で
よりもむしろ20気圧で精製ガスを与えるために必
要とされるだろう。
なお超純粋な水素生成物を生成するためにアセ
ンブリ1と同様な複数のアセンブリが直列に置か
れることができる。第5図は、直列中の第1アセ
ンブリ61が電解質として燐酸を使用しそして第
2アセンブリ62が固体の重合体電解質を使用す
るアセンブリの好ましいタンデム配列を例示す
る。この場合第1アセンブリの第1のアウトプツ
トマニホルドを第2アセンブリの第1のインプツ
トマニホルドに連結することができる。この配列
を用いて、一酸化炭素を包含する水素流中のほと
んどの望ましくない不純物は第1アセンブリ61
中の水素から除去されるかまたは分離される。本
質的に一酸化炭素が存在しない流れについて操作
する第2アセンブリ62は次に高い圧力で超純粋
な水素ガスを提供することができる。
第1図のアセンブリ1を操作するためのエネル
ギー要件はプレート5及び7、電極2及び3、及
び電解質膜の電気抵抗そして接触抵抗から生ずる
不可逆的損失により決定される。これらのエネル
ギー損失はアセンブリにおいて熱として現われそ
してその操作温度を上昇させるのに役に立つ。後
者の温度はこれは使用される不純な供給物ガス温
度及び電流密度により左右される。代表的には燐
酸が電解質として使用される場合、100〜250℃の
範囲の温度でアセンブリを操作するのが好まし
い。200〜600Ma/cm2の範囲の電流密度で操作す
ることにより別の加熱用及び(または)冷却用装
置の使用なしで上記操作温度範囲得ることができ
る。
不純な水素供給物流中の希釈剤または不純物は
それらの常態のガス状態でアセンブリ1のアノー
ド電極、電解質膜及びカソード電極中を低いがし
かし限定された速度で拡散する。電解質膜の厚さ
を増大させそして高い圧力で水素ガスを集めるこ
とにより望ましくない不純物の拡散を減少させる
ことができる。しかしながら膜の厚さを増大させ
るとその電気抵抗を増大させそしてそれによりそ
のアセンブリを操作するためのエネルギー要件を
増大させる。したがつて、このやり方において純
度を増大させることはすべての付随する増大され
たエネルギー要件に対して考慮されなければなら
ない。
知られているように一酸化炭素は従来製造され
る希薄な水素中に見い出される普通の不純物の一
種である。白金が電極2及び3のための触媒とし
て使用される場合、もし電極温度があまりにも低
いならば一酸化炭素は活性金属部位上への吸収に
より白金触媒を無力にする可能性がある。したが
つて、アセンブリ1により精製されるべきガス中
に認識し得る濃度の一酸化炭素が存在する場合、
190℃以上の電解槽の操作温度に維持することに
よりすべての重大な触媒毒作用は排除されること
ができる。
第6図は25cm2(0.027平方フイート)の面積を
有する電解質膜を使用する第2図のアセンブリ1
の電流―電圧特性を示す。その特性は2つの異な
る不純な水素供給物流組成についてである。これ
らの特性から分かるようにより高い電池電位は濃
縮効果及び拡散損失を克服するためにより低い水
素供給物濃度を用いて適用されることを必要とす
る。
アセンブリ1に適用されることを必要とする電
位上への、不純な供給物流から取り出される水素
の分率の効果は第7図におけるグラフにより示さ
れる。分かるように供給物流中の90%よりずつと
上の水素が取り出されるまで電位は本質的に一定
のままでいる。
アセンブリ1中のガス状の望ましくない成分の
ずつと緩慢な拡散に比較して水素イオンの高い移
動速度の故に、高い程度の分離が単一段階の装置
においてさえ生ずる。
次の第1表は第1図の装置の不純な供給ガス及
び精製ガスのガスクロマトグラフの結果を与える
表である。[Table] Using the above table, the energy required for reversible compression of hydrogen gas at 1 to 20 atmospheres is 9.987×
It was determined to be 10 3 Btu/1 Kg-mol (4.53×10 3 Btu/lb mole). Thus with assembly 1 only that much energy would be required to provide purified gas at 20 atmospheres rather than 1 atmosphere. Note that multiple assemblies similar to assembly 1 can be placed in series to produce ultra-pure hydrogen products. FIG. 5 illustrates a preferred tandem arrangement of assemblies in series in which the first assembly 61 uses phosphoric acid as the electrolyte and the second assembly 62 uses a solid polymer electrolyte. In this case, a first output manifold of the first assembly can be coupled to a first input manifold of the second assembly. With this arrangement, most undesirable impurities in the hydrogen stream, including carbon monoxide, are removed from the first assembly 61.
removed or separated from the hydrogen in it. A second assembly 62 operating on an essentially carbon monoxide-free stream can then provide ultra-pure hydrogen gas at elevated pressures. The energy requirements for operating the assembly 1 of FIG. 1 are determined by the irreversible losses resulting from the electrical and contact resistances of the plates 5 and 7, the electrodes 2 and 3, and the electrolyte membrane. These energy losses appear as heat in the assembly and serve to increase its operating temperature. The latter temperature depends on the impure feed gas temperature used and the current density. Typically, when phosphoric acid is used as the electrolyte, it is preferred to operate the assembly at a temperature in the range of 100-250°C. By operating at current densities in the range from 200 to 600 Ma/ cm2 , the above operating temperature range can be obtained without the use of separate heating and/or cooling devices. Diluents or impurities in the impure hydrogen feed stream diffuse in their normal gaseous state through the anode, electrolyte membrane and cathode electrodes of assembly 1 at a low but limited rate. Diffusion of undesirable impurities can be reduced by increasing the thickness of the electrolyte membrane and collecting hydrogen gas at higher pressures. However, increasing the thickness of the membrane increases its electrical resistance and thereby increases the energy requirements to operate the assembly. Therefore, increasing purity in this manner must be considered against all attendant increased energy requirements. As is known, carbon monoxide is one of the common impurities found in conventionally produced dilute hydrogen. If platinum is used as a catalyst for electrodes 2 and 3, carbon monoxide can render the platinum catalyst ineffective by absorption onto the active metal sites if the electrode temperature is too low. Therefore, if there is an appreciable concentration of carbon monoxide in the gas to be purified by assembly 1,
By maintaining the operating temperature of the electrolyzer above 190°C all significant catalyst poisoning effects can be eliminated. Figure 6 shows assembly 1 of Figure 2 using an electrolyte membrane having an area of 25 cm 2 (0.027 square feet).
shows the current-voltage characteristics of Its characteristics are for two different impure hydrogen feed stream compositions. These characteristics indicate that higher cell potentials need to be applied with lower hydrogen feed concentrations to overcome condensation effects and diffusion losses. The effect of the fraction of hydrogen removed from the impure feed stream on the potential required to be applied to the assembly 1 is shown graphically in FIG. As can be seen, the potential remains essentially constant until more than 90% of the hydrogen in the feed stream is removed. Because of the high migration rate of the hydrogen ions compared to the gradual and slow diffusion of gaseous undesirable components in the assembly 1, a high degree of separation occurs even in a single stage device. Table 1 below provides gas chromatography results for the impure feed gas and purified gas of the apparatus of FIG.
【表】
上記第1表は600Ma/cm2で操作する25cm2単一
セルで得られたガスクロマトグラフによる生成物
水素分析の結果を示している。
すべての場合において、上記配置は本発明の応
用を表わす多くの可能な特定の態様の単なる例示
にすぎない。多くのそして変更された他の配置は
本発明の精神及び範囲から離れることなしに本発
明の原理に従つて容易に工夫されることができ
る。Table 1 above shows the results of product hydrogen analysis by gas chromatography obtained in a 25 cm 2 single cell operated at 600 Ma/cm 2 . In all cases, the above arrangements are merely illustrative of the many possible specific embodiments representing applications of the invention. Many and modified other arrangements can be readily devised in accordance with the principles of the invention without departing from the spirit and scope of the invention.
第1図は本発明の原理に従つて水素を精製する
ための装置を断面形で示す。第2図は第1図の装
置のために有用なアセンブリの部分的に切りはが
した図を例示する。第3図は積み重ねを形成する
ために同様なアセンブリで配置された第2図のア
センブリを例示する。第4図は圧力容器中に配置
された第3図の積み重ねを示す。第5図は第1図
の装置と同様な装置の直列配置を例示する。第6
図は第1図の装置の代表的な電流電圧特性を表わ
す。第7図は第1図の装置に適用された電圧と純
粋な水素に転換された水素の画分との間の関係を
示す。
1…アセンブリ、2…アノード電極、3…カソ
ード電極、4…電解質、5…第1プレート、5
a′…第1チヤネル、7…第2プレート、7a′…第
2チヤネル、10…本発明の装置、11…DC電
圧源、18…リード線、19…リード線、31…
アセンブリの積み重ね、32…第1インプツトマ
ニホルド、33…入口ポート、34…第1アウト
プツトマニホルド、35…出口ポート、36…第
2アウトプツトマニホルド、37…出口ポート、
38…圧縮プレート、39…圧縮プレート、41
…クロス部材、42…クロス部材、43…ボル
ト、44…固定棒、45…パツド、46…端子、
51…ベル形端セクシヨン、52…ベル形端セク
シヨン、53…ねじくぎ、54…主要本体セクシ
ヨン、55…開口、56…開口、57…出口ポー
ト、61(第4図)…圧力調整器、61(第5
図)…第1アセンブリ、62…第2アセンブリ。
FIG. 1 depicts in cross-section an apparatus for purifying hydrogen in accordance with the principles of the present invention. FIG. 2 illustrates a partially cut-away view of an assembly useful for the apparatus of FIG. FIG. 3 illustrates the assembly of FIG. 2 arranged in a similar assembly to form a stack. FIG. 4 shows the stack of FIG. 3 placed in a pressure vessel. FIG. 5 illustrates a series arrangement of devices similar to that of FIG. 6th
The figure represents typical current-voltage characteristics of the device of FIG. FIG. 7 shows the relationship between the voltage applied to the apparatus of FIG. 1 and the fraction of hydrogen converted to pure hydrogen. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Assembly, 2... Anode electrode, 3... Cathode electrode, 4... Electrolyte, 5... First plate, 5
a'...first channel, 7...second plate, 7a'...second channel, 10...device of the present invention, 11...DC voltage source, 18...lead wire, 19...lead wire, 31...
Stacking of assemblies, 32...first input manifold, 33...inlet port, 34...first output manifold, 35...outlet port, 36...second output manifold, 37...outlet port,
38... Compression plate, 39... Compression plate, 41
...cross member, 42...cross member, 43...bolt, 44...fixing rod, 45...pad, 46...terminal,
51... Bell shaped end section, 52... Bell shaped end section, 53... Screw nail, 54... Main body section, 55... Opening, 56... Opening, 57... Outlet port, 61 (Figure 4)... Pressure regulator, 61 (5th
Figure)...first assembly, 62...second assembly.
Claims (1)
ンブリの各々に備えられ、前記第1プレートは前
記アノード電極へ水素含有媒体を運搬するための
第1チヤネルを有し、この第1チヤネルの各々は
解放インプツト及びアウトプツト末端を有し、前
記第2プレートは第2チヤネルを有しその各々は
解放アウトプツト末端を有し、前記アノード及び
カソード電極はそれら間に電解質を受容するため
の帯域を形成するよう隔置され、前記アセンブリ
はそれらの第1チヤネルの解放インプツト及び解
放アウトプツト末端をそれぞれならべるように又
それらの第2チヤネルの解放アウトプツト末端を
ならべるように積み重ねて配置され、更に 前記アセンブリの各々のアノード及びカソード
電極に電圧を適用する装置を設け、 前記水素含有媒体を前記第1チヤネルのインプ
ツト末端へ運ぶための該第1チヤネルのインプツ
ト末端に共通の第1インプツトマニホルドを設
け、 前記第2チヤネルのアウトプツト末端から増大
された純度の含有水素分を受容するための該第2
チヤネルのアウトプツト末端に共通の第1のアウ
トプツトマニホルドを設け、且つ 前記第1チヤネルのアウトプツト末端から該第
1チヤネルから排出されたガスを受容するための
該第1チヤネルのアウトプツト末端に共通の第2
のアウトプツトマニホルドを設けた ことを特徴とする水素精製装置。 2 前記第2チヤネルの解放アウトプツト末端の
反対側の末端が閉じられている特許請求の範囲第
1項記載の装置。 3 前記複数のアセンブリの第1チヤネルはすべ
て第1方向に実質的に平行な方向に延びており、
又、第2チヤネルはすべて第2方向に実質的に平
行な方向に延びており、該第2方向は前記第1方
向に対して横方向である特許請求の範囲第1項記
載の装置。 4 前記ガス拡散アノード及びカソード電極が金
属触媒を含む特許請求の範囲第1項記載の装置。 5 前記触媒が白金である特許請求の範囲第4項
記載の装置。 6 前記電解質が酸電解質である特許請求の範囲
第1項記載の装置。 7 前記酸が燐酸である特許請求の範囲第6項記
載の装置。 8 前記電極間の帯域に位置する微細孔膜を含み
この膜が該電解質を含む特許請求の範囲第1項記
載の装置。 9 前記電解質が固体重合体電解質である特許請
求の範囲第1項記載の装置。 10 前記第2チヤネル中の水素を受容するため
の容器を含む特許請求の範囲第1項記載の装置。 11 予じめ定められた圧力に前記容器中の水素
の圧力を維持するための圧力調整器をさらに含む
特許請求の範囲第10項記載の装置。 12 前記予じめ定められた圧力が前記水素含有
媒体の圧力にほぼ等しいかまたはその圧力より大
きい特許請求の範囲第11項記載の装置。 13 別の複数のアセンブリを有しこの別の複数
のアセンブリはそれらの第1チヤネルの解放イン
プツト及び解放アウトプツト末端をそれぞれ整合
するように又それらの第2チヤネルの解放アウト
プツト末端を整合するように別に積み重ねて配置
し、 前記別の複数のアセンブリの各々のアノード及
びカソード電極に電圧を適用する別の装置を設
け、水素含有媒体を前記第1チヤネルのインプツ
ト末端へ運ぶための前記別のアセンブリの第1チ
ヤネルのインプツト末端に共通の別の第1のイン
プツトマニホルドを設け、 前記別のアセンブリの第2チヤネルのアウトプ
ツト末端から増大された純度の含有水素分を受容
するための該第2チヤネルのアウトプツト末端に
共通の第1のアウトプツトマニホルドを設け、且
つ 前記別のアセンブリの第1チヤネルのアウトプ
ツト末端から該第1チヤネルから排出されたガス
を受容するための該第1チヤネルのアウトプツト
末端に共通の別の第2のアウトプツトマニホルド
を設け、 前記別の第1のインプツトマニホルドに第1の
アウトプツトマニホルドを連結する装置を設けた
特許請求の範囲第1項記載の装置。 14 第1のアセンブリの各々がアノード及びカ
ソード電極間に配置された微細孔膜とこの膜に含
まれる燐酸を含み、第2のアセンブリの各々がア
ノード及びカソード間に配置された固体重合体電
解質を電解質として含む特許請求の範囲第13項
記載の装置。 15 各々のアセンブリがガス拡散アノード電
極、これに隣接する第1チヤネル、ガス拡散カソ
ード電極、これに隣接する第2チヤネル、及び該
アノード及びカソード電極間に配置された電解質
を含む一つまたはそれ以上のアセンブリを利用す
る水素の精製方法において、 前記一つまたはそれ以上のアセンブリの第1チ
ヤネルに水素含有媒体を供給し、 前記アノード及びカソードガス拡散電極間に電
圧を適用し、それにより前記一つまたはそれ以上
のアセンブリの第1チヤネルにおける媒体中の含
有水素分を前記一つまたはそれ以上のアセンブリ
のアノード電極、電解質及びカソード電極を経て
増大された純度で前記一つまたはそれ以上のアセ
ンブリの第2チヤネルに移動し、 前記一つまたはそれ以上のアセンブリの第2チ
ヤネルから前記媒体の圧力より大きい圧力で前記
水素を取り出す ことを特徴とする方法。Claims: Each of the plurality of assemblies includes: 1 a gas diffusion anode electrode, a first plate adjacent to the electrode, a gas diffusion cathode electrode, and a second plate adjacent to the electrode; a first channel for conveying a hydrogen-containing medium to an anode electrode, each of the first channels having a release input and an output end, and the second plate having a second channel, each of the first channels having a release output. the anode and cathode electrodes are spaced apart to form a zone for receiving electrolyte therebetween, and the assembly is configured to align the release input and release output ends of their first channels, respectively; arranged in a stack with the release output ends of the second channels side by side, and further provided with means for applying a voltage to the anode and cathode electrodes of each of said assemblies to direct said hydrogen-containing medium to the input ends of said first channel. a common first input manifold at the input end of the first channel for conveying; and a common first input manifold for receiving the hydrogen content of increased purity from the output end of the second channel.
a first output manifold common to the output ends of the channels; and a first output manifold common to the output ends of the first channels for receiving gas exhausted from the first channels from the output ends of the first channels. 2
A hydrogen purification device characterized by being equipped with an output manifold. 2. The apparatus of claim 1, wherein the end of the second channel opposite the released output end is closed. 3. the first channels of the plurality of assemblies all extend in a direction substantially parallel to the first direction;
2. The apparatus of claim 1, wherein the second channels all extend in a direction substantially parallel to a second direction, the second direction being transverse to the first direction. 4. The apparatus of claim 1, wherein the gas diffusion anode and cathode electrodes include a metal catalyst. 5. The device according to claim 4, wherein the catalyst is platinum. 6. The device of claim 1, wherein the electrolyte is an acid electrolyte. 7. The device of claim 6, wherein the acid is phosphoric acid. 8. The device of claim 1, including a microporous membrane located in the zone between the electrodes, said membrane containing said electrolyte. 9. The device of claim 1, wherein the electrolyte is a solid polymer electrolyte. 10. The apparatus of claim 1, including a container for receiving hydrogen in said second channel. 11. The apparatus of claim 10, further comprising a pressure regulator for maintaining the pressure of hydrogen in the container at a predetermined pressure. 12. The apparatus of claim 11, wherein the predetermined pressure is approximately equal to or greater than the pressure of the hydrogen-containing medium. 13 having another plurality of assemblies separately arranged to align the release input and release output ends of their first channels and to align the release output ends of their second channels, respectively; further apparatus is provided for applying a voltage to the anode and cathode electrodes of each of the plurality of further assemblies arranged in a stack; a separate first input manifold common to the input ends of said second channels for receiving hydrogen content of increased purity from the output ends of said second channels of said separate assembly; a first output manifold common to the output end of the first channel for receiving gas exhausted from the first channel from the output end of the first channel of the other assembly; 2. The apparatus of claim 1, further comprising a second output manifold and a means for connecting the first output manifold to the first input manifold. 14 Each of the first assemblies includes a microporous membrane disposed between an anode and a cathode electrode and phosphoric acid contained in the membrane, and each of the second assemblies includes a solid polymer electrolyte disposed between the anode and cathode. 14. The device according to claim 13, comprising as an electrolyte. 15 Each assembly includes one or more gas diffusion anode electrodes, an adjacent first channel, a gas diffusion cathode electrode, an adjacent second channel, and an electrolyte disposed between the anode and cathode electrodes. a method for purifying hydrogen utilizing a first channel of the one or more assemblies, comprising: supplying a hydrogen-containing medium to a first channel of the one or more assemblies; and applying a voltage between the anode and cathode gas diffusion electrodes, thereby or the hydrogen content in the medium in the first channel of the one or more assemblies is passed through the anode electrode, the electrolyte and the cathode electrode of the one or more assemblies with increased purity to the first channel of the one or more assemblies. 2 channels, and removing the hydrogen from the second channel of the one or more assemblies at a pressure greater than the pressure of the medium.
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (49)
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